DE2819125A1

DE2819125A1 - Einrichtung zur uebertragung von informationen zwischen zwei zueinander beweglichen teilen

Info

Publication number: DE2819125A1
Application number: DE19782819125
Authority: DE
Inventors: Alan George Abraham; Peter Edward Douglas; Gordon Stanley Richards
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-04-29
Publication date: 1978-11-16
Also published as: GB1575672A; US4175230A; IT7822930A0; IT1118218B

Description

G.S.Richards 2-1-1

EINRICHTUNG ZUR ÜBERTRAGUNG VON INFORMATIONEN ZWISCHEN ZWEI ZUEINANDER BEWEGLICHEN TEILEN

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur übertragung von Informationen wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Die Information/ z.B. Steuerinformation, muß beispielsweise zwischen einem .feststehenden und einem drehbaren Teil - z.B. der Turm eines gepanzerten Kampffahrzeuge, Maschinen mit drehbaren Teilen, zwischen denen eine direkte übertragung nicht möglich ist, Radargeräte - übertragen werden. Es ist bekannt, hierzu elektrische Schleifringe zu verwenden. Es treten hierbei verschiedene Probleme - z.B. schlechter Kontakt, Unzuverlässigkeit, elektromagnetische Interferenzen, mechanische Komplexheit; wenn auch die übertragung der elektrischen Leistung betroffen ist, zusätzlich unterschiedliche Gleichstrompegel auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine andere Möglichkeit zur übertragung der Information zwischen zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen anzugeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt :

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Fig.1 eine schematische Darstellung eines Paares paralleler Spiegel und das der erfindungsgemäßen Einrichtung zugrundeliegende Grundprinzip,

Fig.2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Einrichtung mit einer dreh

baren Kuppel,

Fig.3 eine schematische Darstellung eines Paares konkaver

Spiegel, wie sie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet werden können,

Fig.4 einen Querschnitt durch einender Spiegel nach Fig.3, Fig.5 einen Querschnitt durch das Spiegelpaar nach Fig.3,

Fig.6 ein weiteres Beispiel für die Anordnung eines Paares im Querschnitt konkaver Spiegel,

Fig.7 einen Schnitt durch ein Spiegelpaar und eine Einrichtung zur übertragung der elektrischen Leistung,

Fig.8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung, das bei einem Radargerät verwendet werden kann,

Fig.9 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine rotierende Achse vorgesehen ist.

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Bei der vorliegenden Erfindung werden zur Informationsübertragung optische Einrichtungen verwendet.

In der in Pig.1 angegebenen Darstellung ist ein kegelförmiger Strahl 1 angegeben, der in einer zur XZ-Ebene parallelen Ebene auf einen in einer zur XY-Ebene parallelen Ebene liegenden planen Spiegel 2 fällt und von diesem reflektiert wird. Der Strahl bleibt nach der Reflexion in der ursprünglichen Ebene, er divergiert jedoch in der X-Richtung. Parallel zum ersten Spiegel 2 und in der X-Richtung versetzt ist ein weiterer planer Spiegel 3 angeordnet, dessen reflektierende Seite der reflektierenden Seite des ersten Spiegels 2 gegenüberliegt. Durch die Reflexion am Spiegel 3 wird die vom ersten Spiegel 2 verursachte Divergenz vergrößert und nach mehreren solchen Reflexionen wird in der X-Richtung auf einem Spiegel ein

^ "Lichtstreifen" erzeugt. Wenn dann zwei kontinuierliche parallele Spiegel verwendet werden, kann die Strahlung durch einen Schlitz in Y-Richtung in den einen Spiegel eingekoppelt werden. Die Strahlung wird infolge mehrfacher Reflexionen ohne Divergenz in Y-Richtung in der X-Richtung weitergeleitet. Sie gelangt über einen Schlitz im anderen Spiegel auf einen Detektor.

Wenn die Spiegel (wie in Fig.2 angegeben) gekrümmt sind, z.B. zylindrisch, wobei der erste Spiegel 2¹ gegenüber dem zweiten Spiegel 3¹ innen und gegen diesen drehbar angeordnet ist, und wenn eine Strahlungsquelle 11 auf dem Stator einer Kuppel, der auch den zweiten Spiegel 3' trägt und wenn ein Detektor 13 auf einem Rotor der Kuppel, der auch den ersten Spiegel 2' trägt, angeordnet siiid, dann erfolgt die Ausbreitung der Strahlung

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von der Strahlungsquelle 11 zu dem Detektor 13 mittels mehrerer Reflexionen unabhängig von der relativen Position vom Stator 12 zum Rotor 14. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann sich der zweite Spiegel 3¹ relativ zum ersten Spiegel 2' bewegen; Strahlungsquelle und Detektor werden dann ausgetauscht. Die Information zwischen Stator und Rotor wird durch die Strahlung - eine elektromagnetische Welle, deren Frequenz im optischen Bereich liegt - übertragen.

Es ist auch möglich, den von der Strahlungsquelle 11 radial abgestrahlten Strahl auf einen Strahlungsteiler in der ringförmigen Lücke zwischen dem ersten 2^f und dem zweiten 3¹ Spiegel zu richten, so daß der Strahl in zwei Strahlen aufgespaltet wird, von denen sich der eine in der Lücke im Uhrzeigersinn und der andere im Gegenuhrzeigersinn ausbreitet.

in diesem Fall setzt sich das den Detektor erreichende Signal aus den zwei Komponenten zusammen. Das kombinierte Detektorsignal wird angenähert konstant gehalten unabhängig von der relativen Lage des Detektors zur Strahlungsquelle.

Anstelle des planen Spiegels 2, der in Fig.1 dargestellt ist, kann auch ein in der YZ-Ebene (konkav) gekrümmter Spiegel 21 verwendet werden. Wenn ein Strahlungskegel, der von einem Punkt 22 auf der Krümmungsachse des Spiegels 21 ausgeht (Fig.4) und der so ausgerichtet ist, daß er auf der XY-Ebene nicht senkrecht steht, auf den Spiegel 21 fällt, wird er zu einem Linienbild 23 entlang der Krümmungsachse des Spiegels fokussiert, d.h. der Strahl breitet sich in der X-Richtung aus und wird in der Y-Richtung auf eine bestimmte Richtung festgelegt. In der Praxis sind Aberrationen vorhanden und

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das Bild hat mehr eine elliptische als eine linienförmige Form.

Werft ein zweiter ähnlicher Spiegel 24 so angeordnet ist, daß seine Krümmungsachse 25 (Fig.5) mit der Hauptachse des Spiegels 21 koinzident ist - in diesem Fall ist die Krümmungsachse des Spiegels 21 mit der Hauptachse des Spiegels 24 koinzident - dann wiederholen sich die Reflexionen wie oben für die planen Spiegel beschrieben. Bei der in Fig.2 beschriebenen Anordnung können die planen Spiegel durch kontinuierliche konkave Spiegel ersetzt werden, die zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß der Strahlungstransport unabhängig von ihren relativen Positionen zueinander erfolgen kann.

Die beiden konkaven Spiegel 31, 32 können auch anders als in Fig.3, 4 oder 5 dargestellt zueinander angeordnet sein. Dies ist in Fig.6 der Fall. Ein Querschnitt durch die Anordnung mit den beiden Spiegeln hat eine kreisförmige Form und beide Spiegel haben eine gemeinsame Krümmungsachse. Bei dieser Anordnung wird der Strahl nicht wie bei der oben beschriebenen Anordnung in Y-Richtung auf eine bestimmte Richtung festgelegt. Sie weist größere Verluste auf, ist jedoch hinsichtlich der Justierung weniger kritisch.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.1 bis 6 wird die Konzentrizität von Stator und Rotor durch geeignete Mittel außerhalb des optischen Weges gewährleistet. Die Spiegel (Reflektoren) bestehen aus irgendeinem geeigneten

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Material, das eine für die Reflexion brauchbare Oberfläche hat; z.B. ein Metall oder ein metallisierter Kunststoff. Die übertragung der elektrischen Leistung (Fig.7) erfolgt mittels eines leitenden Ringes 34, der auf dem Träger des einen Spiegels angeordnet ist, und Bürsten 35, die elektrisch mit dem Träger des anderen Spiegels verbunden sind. Die Pfeile geben den optischen Weg an.

Die oben beschriebenen Einrichtungen sind für Anordnungen geeignet, bei denen die beiden Teile, zwischen denen die Information übertragen werden soll, "ineinander" angeordnet sind, kreisförmige Begrenzungen haben und bei denen ein Teil relativ zum anderen verdrehbar ist. Es sind auch andere Anordnungen mit Informationsübertragungen zwischen zwei Teilen, von denen eines gegen das andere verdrehbar ist, möglich.

Die oben beschriebene Einrichtung mit dem kreisförmigen Spalt, in dem die Informationsübertragung erfolgt, kann auch als Verbindungseinrichtung zwischen zwei Glasfasern verwendet werden. Hierbei ist es nicht notwendig, daß die beiden Teile gegeneinander verdrehbar sind.

In der Fig.8 ist schematisch ein Teil eines Radargerätes dargestellt, bei dem in einem stationären Teil 39 über einen Hohlleiter 41 Mikrowellenenergie zu einem rotierenden Teil 40, der Antenne, übertragen wird. Der Hohlleiter 41 ist auf der Drehachse der Antenne angeordnet und die Mikrowellenleistung wird über das Hohlleiterstück 42 übertragen. Bei den bekannten Einrichtungen wird die Steuerinformation über elektrische

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Schleifringe übertragen. Bei der in Fig.8 dargestellten Einrichtung wird die Steuerinformation mittels eines optischen Strahls (z.B. im Infrarotbereich) entlang der Drehachse der rotierenden Antenne durch den Hohlleiter 41 von einer Quelle aus übertragen. In dem Hohlleiterstück 42 ist eine kleine öffnung 44 vorgesehen, durch die der optische Strahl den Hohlleiter verlassen kann. Er wird dann durch einen Spiegel oder ein Prisma 45 auf einen optischen Empfänger 46 gerichtet, der auf der Antenne befestigt ist. Der Spiegel 45 ist so montiert, daß er sich mit der Antenne dreht.

Die prinzipielle Anordnung nach Fig.8 kann zur übertragung einer Strahlung durch eine beliebige Achse verwendet werden. Um eine Achse 47 der Fig.9 ist ein Hohlraum 48 ausgespart, durch die die Strahlung mit der aufmodulierten Information von einer Quelle 49 auf dem Rotor aus übertragen wird. Ein (feststehender) Spiegel 50 richtet den Strahl zu einem ebenfalls feststehenden Empfänger 51. Alternativ hierzu können der Spiegel 50 und der Empfänger 51 drehbar und die Strahlungsquelle 49 feststehend angeordnet sein.

Für alle beschriebenen Einrichtungen ist ein GaAs-Laser als Strahlungsquelle sehr gut geeignet. Er kann auf einfache Weise moduliert werden. Es können auch andere Strahlungsquellen, z.B. LEDs oder Glasfasern, gegebenenfalls mit Strahlbündelungseinrichtungen, verwendet werden. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.8 oder 9 kann der Strahl so fokussiert werden, daß auf der Achse ein paralleler Strahl erzeugt wird und es kann auch von den Reflexionen an den Innenseiten des Hohlleiters

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oder des axialen Kanals Verwendung gemacht werden. Als Empfänger kann irgendein geeigneter Photodetektor oder der Eingang einer Glasfaser, gegebenenfalls mit einer geeigneten Optik, verwendet werden. Die Information wird der elektromagnetischen Welle aufmoduliert (z.B. Pulsmodulation).

Bei der übertragung kann auch die Multiplextechnik angewandt werden. Werden zwei Strahlungsquellen mit unterschiedlichen Frequenzen und entsprechenden optischen Bandpässen verwendet» dann ist eine Informationsübertragung in zwei Richtungen möglich.

Als Strahlungsquellen können beispielsweise GaAs-Laser, die elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von 820 und 870 um abstrahlen, verwendet werden.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt
Dipl.-Phys.Leo Thul
Kurze Str.8
7 Stuttgart 30

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Patentansprüche

Einrichtung zur übertragung von Informationen zwischen zwei ^ zueinander beweglichen Teilen, wobei das eine Teil relativ zum anderen Teil rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender (11, 43, 49) vorgesehen ist, in dem eine elektromagnetische Welle, deren Frequenz im optischen Frequenzbereich liegt, mit der zu übertragenden Information moduliert wird und von dem die modulierte elektromagnetische Welle abgestrahlt wird, daß eine erste Einrichtung (2¹, 3¹) vorgesehen ist, die die elektromagnetische Welle auf einem gewählten Weg von dem einenTeil (12) zu dem anderen Teil (14) leitet und daß ein Empfänger (13) für die elektromagnetische Welle vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (11) auf dem einen Teil (12) und der Empfänger (13) auf dem anderen Teil (14) fest angeordnet sind.

Sm/Sch
21.04.1978

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (12) einen ringförmigen ersten Reflektor (3¹) und das zweite (14) Teil einen zum ersten Teil konzentrischen zweiten Reflektor (2¹) enthält, daß die beiden Reflektoren einander gegenüberliegend angeordnet sind, daß die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle in der Lücke zwischen den beiden ringförmigen Reflektoren erfolgt, daß die elektromagnetische Welle vom Sender (11) durch eine optische Öffnung im ersten Reflektor in die Lücke eingestrahlt wird und daß die elektromagnetische Welle durch eine optische öffnung im zweiten Reflektor aus der Lücke zum Empfänger (13) ausgekoppelt wird, wodurch bei jedem Drehwinkel eine Informationsübertragung zwischen den beiden Teilen möglich ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle in einer von der radialen Richtung unterschiedlichen Richtung eingestrahlt wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren zylindrisch sind und daß die Zylinderflächen der beiden Reflektoren parallel zueinander sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren einen konkaven Querschnitt haben.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Krümmung des einen Reflektors mit der Hauptachse des anderen Reflektors koinzident ist.

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8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile einen drehbaren bzw. einen nichtdrehbaren Hohlleiterabschnitt (41) enthalten, wobei der Weg für die modulierte elektromagnetische Welle durch den feststehenden Hohlleiterabschnitt, der zur Speisung des drehbaren Abschnitts mit Mikrowellen dient, und durch eine öffnung zu einem Reflektor (45) führt, der die elektromagnetische Welle auf den auf dem drehbaren Abschnitt montierten Empfänger (46) richtet.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile eine drehbare Achse (47) und einen nichtdrehbaren Empfänger (51) enthalten und daß der Weg der modulierten elektromagnetischen Welle durch einen entlang der Rotationsachse (48) führenden Kanal führt.
10. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle durch einen Laser erzeugt wird.
11. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle durch eine Glasfaser geleitet wird.
12. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstrahlung der elektromagnetischen Welle eine lichtemittierende Diode vorgesehen ist.

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13. Einrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz der elektromagnetischen Welle im Infrarotbereich liegt.
14. Einrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle pulsmoduliert ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß von der elektromagnetischen Welle in der Multiplextechnik mehrere Signale übertragen werden.
16. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsübertragung in beiden Richtungen erfolgt und daß hierfür elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen und geeignete Sender, Empfänger und Filter vorgesehen sind.

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